餐厨垃圾固相油脂液化及分离回收的影响因素

餐厨垃圾固相油脂液化及分离回收的影响因素餐厨垃圾固相油脂液化及分离回收的影响因素任连海，金宜英，刘建国，聂永丰摘要：为提高餐厨垃圾废油分离回收效率，通过试验研究了湿热温度、处理时间等湿热处理参数和粗粒化床高、油水混合液温度、流速等对餐厨垃圾废油脂分离回收效率的影响。结果表明，160℃湿热处理80min时，餐厨垃圾固相内部油脂液化浸出效果较佳。餐厨垃圾脱出液粗粒化油脂回收的适宜条件为：塑料纤维材料粗粒化效果优于金属丝材料；粗粒化床高35cm，分离床入口油水混合物温度为40℃时油水分离效率较高。另外，在满足处理能力的情况下，适当降低粗粒化床进口液体流速可以提高粗粒化效果，当流速低于0.825m/s时，可以保证油脂回收率为75%以上。关键词：餐厨垃圾；油脂回收；湿热；粗粒化；油水分离中图分类号：X705文献标识码：A文章编号：1000-0054（2009）03-0387-04餐厨垃圾中的高油脂含量为此类垃圾的处理处置带来很多麻烦。例如，油脂发酵极易产生致癌物质——黄曲霉素，危害人类健康[1]；在垃圾生物处理工艺中，油脂会包裹支撑介质，干扰微生物生命活动，影响处理效果；油脂粘附器壁容易造成管路堵塞，等等。因而，在餐厨垃圾处理中通常需要脱除油脂。餐厨垃圾中的废油脂又是理想的生物油燃料和日用化工原料，可以回收再利用[2]。目前对油脂分离回收的研究主要集中于石油、化工行业[3-5]，对于餐厨垃圾中的油脂分离鲜见报道。餐厨垃圾中废油脂以固相内部油脂存在方式为主，常规方法难以分离回收[6]。实验表明，在含水的环境中对餐厨垃圾进行湿热处理，可以促使餐厨垃圾中固相内部的油脂液化浸出，进入液相，从而降低油脂分离回收难度。对于餐厨垃圾脱出液中的油脂，利用粗粒化床可以使分散油和部分乳化油转化为上浮油，然后重力分离。本文通过实验研究，针对餐厨垃圾，探讨了餐厨垃圾固相内部油脂液化浸出和油水双液相系分离的影响因素，确定了餐厨垃圾中废油脂液化浸出和粗粒化分离回收的适宜工艺参数组合，为餐厨垃圾资源化处理技术的研究与推广应用提供理论依据。1实验1.1材料餐厨垃圾取自清华大学学生某食堂剩饭菜，于午餐、晚餐不同时间各取3个样，从星期一至星期日持续7d，共42个样，按国标GB6432-86、GB11901-1989、GB6433-86、规定的测定方法，进行测定分析，取平均值，测定结果见表1。塑料纤维粗粒化材料（密度0.35g/cm3，孔隙率80%），细金属丝粗粒化材料（密度0.65g/cm3，孔隙率80%）。表1餐厨垃圾样品组分含量w/%1.2流程与仪器实验简易流程见图1。实验仪器包括：AY220型分析天平（上海天平仪器厂），DF206型电热鼓风干燥箱（北京医疗设备二厂），KSW-12-12型马福炉（天津市中环实验电炉有限公司），W-O系列恒温油浴加热装置（上海申顺生物科技有限公司），1L不锈钢湿热反应器。图1实验工艺流程简图1.3步骤参照图1所示的实验流程，实验步骤如下：按照GB6433-86规定的粗脂肪测定方法，首先采用索氏提取法测定所取垃圾样品的油脂含量。然后取一定量的餐厨垃圾放进湿热反应器1，加水至淹没固性物表面，进行加热至沸腾，继续蒸煮。压滤脱水，滤液通入带搅拌器的油脂上浮装置2，并用高于85℃热水冲洗滤布上的油脂，所得冲洗液体回到上浮装置2，以20r/min的速度搅拌滤液，当上浮油液面到达溢流管口时，将浮于上层的油脂溢流收集至储油槽3。初步去除上浮油后的滤液经过粗粒化床4，进入末端油水分离器5，进行油水分离，分离得到的油脂也回收至储油槽3。油脂上浮装置2和油水分离器5回收的总油脂量与垃圾中油脂含量之比为油脂总回收率。油水分离器5回收的油脂与垃圾中油脂含量的比为粗粒化床中油脂回收效率。1.4废油红外光谱分析实验将回收自餐厨垃圾的废油提纯以后，以硫酸钡粉末做本底，对废油-硫酸钡混合样品进行扫描，得到以硫酸钡为背景的餐厨垃圾废油的近红外漫反射光谱。2结果与讨论2.1油脂红外光谱分析取餐饮单位烹调用油和湿热处理后的油样品分别进行红外光谱测定，光谱图见图2和3。由图2可知，烹调用油脂肪酸甘油脂中的C＝O双键在1740cm-1处出现吸收峰，从图3可以看到，湿热处理后的油脂中的C=O双键的吸收峰红移到了1540cm-1处，说明C＝O双键在油脂分子结构中的相对位置发生了变化，湿热过程促成了油脂的化学反应，由于C＝O双键仍然存在，可能的反应为皂化反应。2.2湿热处理对餐厨垃圾固相内部油脂液化浸出的影响2.2.1湿热处理对餐厨垃圾可浮油含量的影响餐厨垃圾中油脂主要以可浮油、分散油、乳化油、溶解油、固相内部油脂等5种形式存在。其中，可浮油滴径较大，静置后能较快上浮，以连续相油膜的形式飘浮于水面；分散油以滴径大于1μm的微小油珠悬浮分散在水相中；乳化油粒径大小为0.5～15μm；溶解